蛇床子素功能性转换钾通道的抗癫痫作用及其分子机制

A-type K+ channels located in the dendrites of neurons mainly control the amplitude of back-propagating action potentials, and also control the frequency of the action potentials in soma, so it is very important in the initiation and propagation of the neuronal excitability. It was reported that the expression of A-type K+ channels markedly decreased in the experimental temporal lobe epilepsy. But no drug was found for increasing the function of A-type K+ channels. Our preliminary study showed that osthole can convert delayed rectifier channels into A-type channels. In the presence of micromolar concentrations of osthole, the Kv currents displayed pronounced cumulative inactivation, and the frequency and number of APs elicited by depolarizing current pulses were markedly reduced compared to control conditions. Osthole decreased the progress of epilepsy induced by certain intensity electrical stimulation of the brain or injection of pilocarpine, pentylenetetrazol. The present project will further identify: First, osthole can induce the increasing of A-type K+ currents; Second, The function of anti-epilepsy is mediated by the functional conversion between delayed rectifier and A-type k+ channels by osthole. This project put forward a new mechanism to treat epilepsy especially temporal lobe epilepsy (TLE): osthole converts delayed rectifier channels into A-type channels, which will compensate the decreased availability of A-type channels in epilepsy. So the present project would provide novel ideas in treatment of epilepsy.

在中枢神经系统，A-型钾通道主要控制神经元树突倒传递动作电位的幅度和胞体动作电位发放频率，因而在神经元兴奋性的产生和传播中发挥重要作用。在获得性颞叶癫痫模型中就发现A-型钾通道功能明显降低。目前缺乏增强A-型钾通道功能的药物。蛇床子素是从蛇床果实中提取的小分子化合物。我们前期研究发现：蛇床子素能将延迟整流钾通道功能性转换为A-型钾通道；在低浓度下降低神经元动作电位发放频率；动物实验发现蛇床子素能明显降低匹罗卡品、戊四唑、最大电休克点燃的癫痫发作等级。本研究拟首先在海马神经元上进一步确定蛇床子素能诱导A-型钾电流增加，然后在离子通道和动物水平确定蛇床子素的抗癫痫作用是其对钾通道的功能性转换介导的。本研究提出一种治疗癫痫尤其是顽固性颞叶癫痫的新机制：蛇床子素通过功能性转换神经系统内在的延迟整流钾电流，代偿癫痫病理条件下A-型钾通道功能降低，从而产生抗癫痫作用。本项目将为癫痫的治疗提供新的思路。

癫痫是大脑神经元突发性异常放电导致短暂的大脑功能障碍的一种慢性神经系统疾病。目前有 20%-30%的病人对现有的抗癫痫药物无效。颞叶癫痫(TLE)是最常见的难治性癫痫综合症。我们首先检测了蛇床子素在颞叶癫痫模型中的抗癫痫作用。结果发现：蛇床子素能显著降低氨基吡啶诱导的海马CA1区锥体神经元癫痫样放电频率，蛇床子素在10μM、20μM和50μM的浓度下癲痫样放电频率分别下降为加药前的39.25±10.92%，37.59±16.00%和20.92±5.80%。并且这种抑制作用是可逆的。匹罗卡品诱导的TLE动物模型上的检测结果也发现蛇床子素有明显的抗癫痫作用。蛇床子素处理组比对照组自发性痫性发作次数明显降低，给药期间（造模后15-21天），对照组和蛇床子素处理组发作次数分别5.0±1.6和2.1±1.4；结束给药后的一星期（造模后22-28天），对照组和蛇床子素处理组发作次数分别为4.5±2.0和0.17±0.17。接着对蛇床子素抗癫痫作用的分子机制研究发现：蛇床子素对海马神经元上记录的钙通道和钠通道电流均无明显抑制作用，但能加快海马神经元上全钾通道的失活，在较低浓度下能加快Kv1.1、Kv1.2、Kv1.3、Kv2.1通道电流的失活。上述结果提示蛇床子可能具有功能性转换钾通道的作用。功能性A-型钾通道增多会导致动作电位的阈电位升高。我们检测了蛇床子素对神经元兴奋性的影响，发现蛇床子素(50μM）使锥体神经元动作电位阈电位从对照的-32.45±1.52 mV上升到-30.02±1.31 mV，使动作电位的发放频数减少，间隔时间延长。A-型钾通道主要控制神经元树突倒传动作电位（b-AP）的幅度和胞体动作电位的发放频率。我们接着检测了蛇床子素对海马神经元树突上的b-AP的影响，结果发现：癫痫鼠的b-AP随着距离胞体的距离增加，幅值下降，但在树突远端，b-AP幅值下降幅度相对正常鼠明显减弱。对照鼠海马神经元给予4-AP处理，记录到的树突b-AP出现和癫痫鼠类似的变化。给予蛇床子素处理，癫痫鼠b-AP幅值下降幅度增加。因此，我们的研究将揭示一种治疗顽固性癫痫的新机制：蛇床子素通过功能性转换神经系统内在的延迟整流钾通道，代偿颞叶癫痫中A-型钾通道的功能降低，从而产生抗癫痫作用。